KR20210156393A

KR20210156393A - 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법과 이를 이용한 회생제동 제어 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20210156393A
Application number: KR1020200073818A
Authority: KR
Inventors: 이상열; 민병호
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-12-27

Abstract

본 발명은 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 연료전지 차량의 시동 오프시 연료전지에 의해 이미 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 아울러 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 과정에서의 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단함으로써, 온도센서나 전류센서와 같은 추가 구성없이 브레이크 레지스터의 고장 여부를 정확도 높게 진단할 수 있는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 연료전지 차량의 시동오프를 감지하는 시동오프 감지부; 및 상기 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 브레이크 레지스터를 통해 방전하고, 상기 방전 과정에서 생성한 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 제어부를 포함한다.

Description

브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법과 이를 이용한 회생제동 제어 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FAULT DIAGNOSIS OF BRAKE RESISTOR, AND APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING REGENERATIVE BRAKING USING THE SAME}

본 발명은 연료전지 차량에 구비된 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로, 대형 버스나 트럭 등의 상용차는 차체 중량이 매우 무겁기 때문에 일반 브레이크(풋브레이크, 주브레이크)만으로는 열 발생 등의 문제로 인하여 내리막길을 내려올 수 없다.

따라서, 대형 상용차의 경우에는 일반 브레이크의 제동력을 보조하여 안전한 감속이 가능하도록 연속사용이 가능한 별도의 보조제동장치를 필요로 하며, 보조제동장치의 사용 및 그 성능과 관련해서는 이미 법규화되어 규제되고 있다.

이러한 보조제동장치로는 배기브레이크와 리타터를 들 수 있으며, 이 중에서 배기브레이크는 엔진 브레이크의 일종으로, 엔진의 배기파이프를 일시적으로 막아서 엔진 브레이크의 성능을 높이는 장치이며, 가장 일반적인 보조제동장치이다.

또한 리타터는 유압을 이용한 보조제동장치로, 보통 트랜스미션 내부에 장착하여 사용하며, 차량의 운동에너지를 유압저항을 이용하여 트랜스미션 오일의 열 에너지로 변환한다.

한편, 연료전지 차량은 엔진이 없기 때문에 100% 구동모터의 추진력으로 차량이 구동되며, 구동모터는 회전시에 저항이 매우 작으므로, 구동모터를 엔진/배기브레이크처럼 사용할 수 없다. 또한, 연료전지 차량은 모터 구동에 따라 트랜스미션이 없으며, 이에 기존의 리타터 사용이 불가하다.

하지만, 구동모터는 회전저항은 작으나 에너지 회생 기능을 가지고 있으며, 에너지 회생시에는 구동모터가 발전기의 역할을 하게 된다. 이때, 모터는 회전수/발전량에 따라 역토크가 발생하여 보조제동장치로 사용할 수 있다.

그러나, 모터는 발전한 전기를 소모해야만 역토크가 발생되며, 따라서 모터에서 발전된 전기를 브레이크 레지스터(brake resistor)에 흘려줌으로써 전기를 열에너지로 변환시켜 연속적으로 전기를 소모하고 이에 모터가 연속적인 제동력을 발생시키도록 하고 있다.

차량에 기 장착된 배터리로 레지스터의 기능을 대체하는 것이 생각될 수 있지만, 이 경우는 배터리가 만충되면 제동기능을 상실하여 사고위험이 있으므로 법규를 만족시키지 못한다.

이러한 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 종래의 기술로서, 브레이크 레지스터의 입구단의 냉각수 온도와 출구단이 냉각수 온도 간의 차이를 이용하여 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 기술과, 브레이크 레지스터의 작동시 전류 변화를 측정하여 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 기술이 있다.

냉각수의 온도차에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 기술은, 브레이크 레지스터의 동작시 냉각수 온도의 상승속도가 상황에 따라 상이하고, 일례로 지속적인 브레이크 레지스터의 사용으로 인해 냉각수 온도가 급격히 높아진 경우, 브레이크 레지스터의 고장을 정확도 높게 진단할 수 없는 문제점이 있다.

전류 변화에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 기술은, 다이나믹한 운전시 전류변화가 심해 브레이크 레지스터의 전류 변화를 예측하기 어려워 브레이크 레지스터의 고장을 정확도 높게 진단할 수 없는 문제점이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 연료전지 차량의 시동 오프시 연료전지에 의해 이미 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 아울러 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 과정에서의 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단함으로써, 온도센서나 전류센서와 같은 추가 구성없이 브레이크 레지스터의 고장 여부를 정확도 높게 진단할 수 있는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 방식을 통해 브레이크 레지스터의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추고, 회생제동 과정에서 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진함으로써, 브레이크 레지스터에 고장이 발생한 경우에도 정상적으로 회생제동을 수행할 수 있는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치는, 연료전지 차량의 시동오프를 감지하는 시동오프 감지부; 및 상기 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 브레이크 레지스터를 통해 방전하고, 상기 방전 과정에서 생성한 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하고, 상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 이후 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 상기 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전을 시작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 상기 방전 기울기를 생성할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하는 단계; 상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 단계; 상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 방전 기울기에 기초하여 상기 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하는 단계; 및 상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치는, 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 진단 장치; 및 상기 진단 장치가 브레이크 레지스터의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추고, 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진시키는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리로 공급하고, 상기 고전압배터리의 SOC가 제1 기준 SOC까지 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압배터리와 상기 고전압 전자부하에 공급하며, 상기 고전압배터리의 SOC가 제2 기준 SOC까지 더 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 상기 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급하는 경우, 운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고할 수 있다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법은, 진단 장치가 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 단계; 제어부가 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추는 단계; 및 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리로 공급하는 단계; 상기 고전압배터리의 SOC가 제1 기준 SOC까지 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압배터리와 상기 고전압 전자부하에 공급하는 단계; 및 상기 고전압배터리의 SOC가 제2 기준 SOC까지 더 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예는, 상기 회생 에너지를 고전압 전자부하에만 공급하는 경우, 운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치 및 그 방법은, 연료전지 차량의 시동 오프시 연료전지에 의해 이미 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 아울러 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 과정에서의 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단함으로써, 온도센서나 전류센서와 같은 추가 구성없이 브레이크 레지스터의 고장 여부를 정확도 높게 진단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치 및 그 방법은, 상술한 방식을 통해 브레이크 레지스터의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추고, 회생제동 과정에서 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진함으로써, 브레이크 레지스터에 고장이 발생한 경우에도 정상적으로 회생제동을 수행할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지시스템에 대한 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치에 대한 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치에 구비된 제어부의 동작을 설명하는 일예시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치에 대한 구성도,
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 설명하는 일예시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 방법에 대한 흐름도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법에 대한 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지시스템에 대한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예가 적용되는 연료전지시스템은, 메인버스단(11)을 통해 병렬로 접속되는 주동력원인 연료전지(10)와 보조동력원인 고전압배터리(메인배터리)(20), 고전압배터리(20)의 출력 제어가 가능하도록 고전압배터리(20)에 연결된 양방향 전력변환장치(BHDC: Bidirectional High voltage DC/DC Converter)(21), 연료전지(10)와 고전압배터리(20)의 출력측인 메인버스단(11)에 연결된 MCU(Motor Control Unit)(31), 상기 MCU(31)에 연결된 구동모터(32), MCU(31) 및 구동모터(32)를 제외한 차량 내 고전압 전자부하(33), 브레이크 레지스터(42)를 메인버스단(11)에 선택적으로 연결하도록 구비된 릴레이(41), 및 브레이크 레지스터(42)를 포함할 수 있다. 이때, 고전압 전자부하(33)는 라디에이터 팬을 포함할 수 있다.

여기서, 차량의 주동력원인 연료전지(10)와 보조동력원으로 사용되는 고전압배터리(20)가 메인버스단(11)을 통해 인버터(31)/구동모터(32) 등 시스템 내 각 부하에 대해 병렬로 접속되고, 고전압배터리(20)에 연결된 양방향 전력변환장치(21)가 연료전지(10)의 출력측 메인버스(11)에 접속되어, 상기 양방향 전력변환장치(21)의 전압(메인버스로의 출력전압) 제어에 의해 연료전지(10)의 출력 및 고전압배터리(20)의 출력 제어가 가능하도록 되어 있다.

연료전지 단에는 역전류가 흐르지 않도록 연결된 다이오드(13)와, 연료전지(10)를 메인버스단(11)에 선택적으로 연결하도록 구비된 릴레이(14)가 설치된다. 상기 릴레이(14)는 연료전지(10)가 정상 운전되는 차량 운행중 뿐만 아니라 연료전지 시스템의 아이들 스탑/재시동 상태에서 항시 연결된 상태로 있게 되며, 차량의 키 오프(키 오프에 따른 정상 셧다운)시 또는 비상 셧다운시에만 연결이 해제된다.

또한 구동모터(32)를 회전시키기 위한 MCU(31)가 메인버스(11)를 통해 연료전지(10) 및 고전압배터리(20)의 출력측에 연결되어 연료전지(10) 및/또는 고전압배터리(20)에서 공급되는 전원을 상(phase) 변환시켜 구동모터(32)를 구동시킨다.

구동모터(32)의 구동은 연료전지(10)의 출력(전류)을 단독으로 이용하는 연료전지 모드, 고전압배터리(20)의 출력을 단독으로 이용하는 EV 모드, 연료전지(10)의 출력을 고전압배터리(20)의 출력이 보조하게 되는 하이브리드(HEV) 모드로 이루어진다.

특히, 연료전지시스템에서 소정의 아이들 스탑 조건을 만족하는 경우 공기 공급을 중지하여 연료전지(10)의 발전을 정지하는 아이들 스탑 제어가 수행되고, 연료전지(10)가 재시동되어 정상적인 연료전지(10)의 출력으로 구동모터(32)가 구동되기 전까지는 고전압배터리(20)의 출력을 단독으로 이용하는 EV 모드의 주행이 이루어진다.

이러한 EV 모드 주행 상태에서는 릴레이(14)가 온(ON) 된 상태 및 연료전지(10)의 발전이 중지(공기 공급 중지)된 상태에서 고전압배터리(20)에 연결된 양방향 전력변환장치(21)의 부스트 제어를 통해 고전압배터리(20)의 전압을 부스팅하여 고전압배터리(20)의 출력만으로 MCU(31)/구동모터(32) 등의 차량 내 부하를 작동시키게 된다.

또한 상기와 같이 연료전지시스템의 아이들 스탑시 공기의 공급을 중지하였다가 소정의 재시동 조건을 만족하는 경우에는 공기 공급을 재개하여 연료전지를 재시동하고, 재시동 후 연료전지시스템의 정상 운전 모드 복귀시에는 공기가 정상 공급되는 상태에서 다시 연료전지(10)의 출력을 차량 부하에 따라 추종 제어하게 되고(부하 추종(Load Following) 제어), 또한 양방향 전력변환장치(21)의 부스팅 상태를 해제하게 된다.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치에 대한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치(100)는, 저장부(110), 시동오프 감지부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치(100)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 저장부(110)는 연료전지 차량의 시동 오프시 연료전지(10)에 의해 이미 생성된 고전압을 모터(32)를 통해 1차 방전하고, 아울러 브레이크 레지스터(42)를 통해 2차 방전하는 과정에서의 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터(42)의 고장 여부를 진단하는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다. 이때, 모터(32)를 통한 1차 방전은 일례로 실제 토크는 발생시키지 않고 모터(32)의 발열을 통해 에너지를 소모하는 방식을 포함할 수 있다.

저장부(110)는 브레이크 레지스터(42)를 통한 2차 방전을 시작하는 시점을 결정하는 기준으로서, 제1 기준전압(일례로, 300V)을 저장할 수 있다.

저장부(110)는 브레이크 레지스터(42)의 방전 기울기를 생성하기 위한 종단 전압으로서 제2 기준전압(일례로, 30V)을 저장할 수 있다.

저장부(110)는 기준 기울기(일례로, 60°)를 저장할 수 있다.

저장부(110)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 마이크로 타입(micro type), 및 카드 타입(예컨대, SD 카드(Secure Digital Card) 또는 XD 카드(eXtream Digital Card)) 등의 메모리와, 램(RAM, Random Access Memory), SRAM(Static RAM), 롬(ROM, Read-Only Memory), PROM(Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable PROM), 자기 메모리(MRAM, Magnetic RAM), 자기 디스크(magnetic disk), 및 광디스크(optical disk) 타입의 메모리 중 적어도 하나의 타입의 기록 매체(storage medium)를 포함할 수 있다.

시동오프 감지부(120)는 운전자로부터의 시동오프 요청을 감지할 수 있다. 일례로, 시동오프 감지부(120)는 운전자에 의한 시동키의 오프를 감지하거나 운전자에 의한 시동버튼의 오프를 감지할 수 있다.

제어부(130)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(130)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(130)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

특히, 제어부(130)는 연료전지 차량의 시동 오프시 연료전지(10)에 의해 이미 생성된 고전압을 모터(32)를 통해 1차 방전하고, 아울러 브레이크 레지스터(42)를 통해 2차 방전하는 과정에서의 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터(42)의 고장 여부를 진단하는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.

제어부(130)는 시동오프 감지부(120)를 통해 연료전지 차량의 시동오프를 감지할 수 있다.

제어부(130)는 연료전지 차량의 시동 오프시, 연료전지(10)에 의해 이미 생성된 고전압을 모터(32)를 통해 1차 방전하도록 MCU(31)를 제어할 수 있다.

제어부(130)는 상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터(42)를 통해 2차 방전을 시작하고, 상기 고전압이 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성할 수 있다.

제어부(130)는 상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 브레이크 레지스터(42)를 정상으로 진단하고, 상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 브레이크 레지스터(42)를 고장으로 진단할 수 있다.

이하, 도 3을 참조하여 제어부(130)의 동작에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치에 구비된 제어부의 동작을 설명하는 일예시도이다.

도 3에서 세로축은 고전압단의 전압을 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. Vs는 시동오프 시점의 고전압단의 전압을 나타내고, Vx는 제1 기준전압을 나타내며, Vy는 제2 기준전압을 나타낸다.

t₀는 시도오프 시점을 나타내고, t₁은 브레이크 레지스터(42)의 동작시점을 나타내며, t₂, t₃, t₄는 브레이크 레지스터(42)에 의해 방전되어 고전압이 제2 기준전압이 되는데 걸리는 시간을 각각 나타낸다.

'310'은 기준 기울기를 가지는 그래프를 나타내고, '320'은 제1 방전 기울기를 가지는 그래프를 나타내며, '330'은 제2 방전 기울기를 가지는 그래프를 나타낸다.

제어부(130)는 t₀ 시점에 시동오프를 감지하고, 고전압단의 전압이 제1 기준전압이 되는 t₁ 시점까지 모터(32)를 통해 1차 방전한다.

제어부(130)는 고전압단의 전압이 제1 기준전압이 되는 t₁ 시점에 모터(32)를 통한 1차 방전을 중단하고, 브레이크 레지스터(42)를 통해 2차 방전을 시작한다.

제어부(130)는 고전압단의 전압이 제2 기준전압이 될 때까지 걸린 시간을 측정하고, 방전 그래프(310, 330)를 생성한다.

'320' 방전 그래프의 기울기는 기준 기울기를 초과하므로, 제어부(130)는 브레이크 레지스터(42)를 정상으로 진단하고, '330' 방전 그래프의 기울기는 기준 기울기를 초과하지 않으므로, 제어부(130)는 브레이크 레지스터(42)를 고장으로 진단한다.

이러한 제어부(130)의 기능은 FCU(Fuel cell Control Unit)에 의해 수행되도록 구현할 수도 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치에 대한 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치(400)는, 브레이크 레지스터(42)의 고장 진단 장치(100), 저장부(410), 경고부(420), 및 제어부(430)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치(400)를 실시하는 방식에 따라 각 구성요소는 서로 결합되어 하나로 구현될 수도 있고, 일부의 구성요소가 생략될 수도 있다.

상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 브레이크 레지스터(42)의 고장 진단 장치(100)의 동작은 도 2에서 상세히 살펴본 바 추가 설명은 생략한다.

저장부(410)는 브레이크 레지스터(42)의 고장 진단 장치(100)가 브레이크 레지스터(42)의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리(20)의 SOC 운전점(일례로, 50~60%)을 비상 운전점(일례로, 40~50%)으로 낮추고, 회생제동 과정에서 생성된 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 선별적으로 공급하여 소진시키는 과정에서 요구되는 각종 로직과 알고리즘 및 프로그램을 저장할 수 있다.

저장부(410)는 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 공급하는 시점을 결정하는데 이용되는 고전압배터리(20)의 제1 기준 SOC(Sx)를 저장할 수 있다.

저장부(410)는 회생 에너지를 고전압 전자부하(33)에 공급하는 시점을 결정하는데 이용되는 고전압배터리(20)의 제2 기준 SOC(Sy)를 저장할 수 있다.

경고부(420)는 시각적 경고 방식과 청각적 경고 방식 및 촉각적 경고 방식 중 적어도 하나 이상의 방식으로 운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고할 수 있다.

제어부(430)는 상기 각 구성요소들이 제 기능을 정상적으로 수행할 수 있도록 전반적인 제어를 수행한다. 이러한 제어부(430)는 하드웨어의 형태로 구현되거나, 또는 소프트웨어의 형태로 구현되거나, 또는 하드웨어 및 소프트웨어가 결합된 형태로 구현될 수 있다. 바람직하게는, 제어부(430)는 마이크로프로세서로 구현될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

특히, 제어부(430)는 브레이크 레지스터(42)의 고장 진단 장치(100)가 브레이크 레지스터(42)의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리(20)의 SOC 운전점(일례로, 50~60%)을 비상 운전점(일례로, 40~50%)으로 낮추고, 회생제동 과정에서 생성된 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 선별적으로 공급하여 소진시키는 과정에서 각종 제어를 수행할 수 있다.

제어부(430)는 브레이크 레지스터(42)의 고장 진단 장치(100)가 브레이크 레지스터(42)의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리(20)의 SOC 운전점(일례로, 50~60%)을 비상 운전점(일례로, 40~50%)으로 낮출 수 있다.

제어부(430)는 회생제동시 발생한 회생 에너지를 고전압배터리(20)로 공급하고, 고전압배터리(20)의 SOC가 제1 기준 SOC(Sx)까지 증가하면 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 공급하며, 고전압배터리(20)의 SOC가 제2 기준 SOC(Sy)까지 증가하면 회생 에너지를 고전압 전자부하(33)에 공급할 수 있다.

제어부(430)는 운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고하도록 경고부(420)를 제어할 수 있다.

이하, 도 5를 참조하여 제어부(430)의 동작에 대해 상세히 살펴보도록 한다.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치에 구비된 제어부의 동작을 설명하는 일예시도이다.

도 5에서 세로축은 고전압배터리(20)의 SOC를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다.

'A' 영역은 회생제동시 발생한 회생 에너지를 고전압배터리(20)로 공급하는 영역을 나타내고, 'B' 영역은 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 공급하는 영역을 나타내며, 'C' 영역은 회생 에너지를 고전압 전자부하(33)에 공급하는 영역을 나타낸다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 레지스터의 고장 진단 방법에 대한 흐름도로서, 제어부(130)에 의해 수행되는 과정을 나타낸다.

먼저, 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전한다(601).

이후, 상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전한다(602).

이후, 상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성한다(603).

이후, 상기 생성한 방전 기울기에 기초하여 상기 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단한다(604).

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법에 대한 흐름도이다.

먼저, 진단 장치(100)가 브레이크 레지스터(42)의 고장을 진단한다(701).

이후, 제어부(430)가 고전압배터리(20)의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮춘다(702).

이후, 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리(20)와 고전압 전자부하(33)에 선별적으로 공급하여 소진시킨다(703).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 저장부
120: 시동오프 감지부
130: 제어부

Claims

연료전지 차량의 시동오프를 감지하는 시동오프 감지부; 및
상기 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 브레이크 레지스터를 통해 방전하고, 상기 방전 과정에서 생성한 방전 기울기에 기초하여 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 제어부
를 포함하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하고, 상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단하는 것을 특징으로 하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 이후 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 것을 특징으로 하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 상기 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전을 시작하는 것을 특징으로 하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 상기 방전 기울기를 생성하는 것을 특징으로 하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 장치.
연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하는 단계;
상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 단계;
상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성하는 단계; 및
상기 생성한 방전 기울기에 기초하여 상기 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 단계
를 포함하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 단계는,
상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하는 단계; 및
상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단하는 단계
를 포함하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 방법.
브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 진단 장치; 및
상기 진단 장치가 브레이크 레지스터의 고장을 진단한 경우, 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추고, 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진시키는 제어부
를 포함하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리로 공급하고, 상기 고전압배터리의 SOC가 제1 기준 SOC까지 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압배터리와 상기 고전압 전자부하에 공급하며, 상기 고전압배터리의 SOC가 제2 기준 SOC까지 더 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급하는 경우, 운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 진단 장치는,
연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하고, 상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하며, 상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성하고, 상기 생성한 방전 기울기에 기초하여 상기 브레이크 레지스터의 고장 여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 진단 장치는,
상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하고, 상기 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 장치.
진단 장치가 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 단계;
제어부가 고전압배터리의 SOC 운전점을 비상 운전점으로 낮추는 단계; 및
회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리와 고전압 전자부하에 선별적으로 공급하여 소진시키는 단계
를 포함하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 소진시키는 단계는,
상기 회생제동시 생성된 회생 에너지를 고전압배터리로 공급하는 단계;
상기 고전압배터리의 SOC가 제1 기준 SOC까지 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압배터리와 상기 고전압 전자부하에 공급하는 단계; 및
상기 고전압배터리의 SOC가 제2 기준 SOC까지 더 증가하면 회생 에너지를 상기 고전압 전자부하에만 공급하는 단계
를 포함하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 고전압 전자부하에만 공급하는 단계는,
운전자에게 회생제동에 의한 제동력의 부족을 경고하는 단계
를 포함하는 연료전지 차량의 회생제동 제어 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 브레이크 레지스터의 고장을 진단하는 단계는,
연료전지 차량의 시동 오프시, 기 생성된 고전압을 모터를 통해 1차 방전하는 단계;
상기 고전압이 제1 기준전압까지 낮아지면 브레이크 레지스터를 통해 2차 방전하는 단계;
상기 고전압이 제1 기준전압에서 제2 기준전압까지 낮아지는 시간을 측정하여 방전 기울기를 생성하는 단계;
상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하면 상기 브레이크 레지스터를 정상으로 진단하는 단계; 및
상기 생성한 방전 기울기가 기준 기울기를 초과하지 않으면 상기 브레이크 레지스터를 고장으로 진단하는 단계
를 포함하는 브레이크 레지스터의 고장 진단 방법.